三峽船閘允許過閘船舶最大吃水的確定

1、三峽船閘允許過閘船舶最大吃水的確定0引言三峽工程蓄水后，庫區(qū)港口、航道等通航條件得到了較大改善。2003年三峽船閘開始投入運(yùn)行，加速推進(jìn)了沿江經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，過閘貨運(yùn)量以年均16.6%的速度增長；2011年三峽船閘過閘貨物運(yùn)量突破億t，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)值。得益于船型標(biāo)準(zhǔn)化政策，過閘船舶大型化發(fā)展明顯提速，過閘貨船平均載質(zhì)量從2003年的t/艘，提高到2012年的t/艘。過閘大型船舶所占比例增加，噸級以上船舶所占比例由2003年的不足1%，增長到2012年的49.3%；噸級以上船舶自2008年以來呈現(xiàn)連年成倍增長的趨勢。隨著船舶大型化的發(fā)展，船舶吃水深度也在增加。噸級以上船舶滿載吃水普遍超過3.7

2、m，噸級以上船舶滿載吃水一般超過4.3m；最大的干散貨船載質(zhì)量已達(dá)t，其滿載吃水達(dá)6m。這些變化對船舶通過船閘時(shí)的吃水控制管理提出了新的要求。船閘是通航河流樞紐的重要組成部分，是用以保證船舶順利通過航道上集中水位落差的箱形水工建筑物。只有根據(jù)航道管理規(guī)范1，合理確定允許過閘船舶的最大吃水，留足富余水深，為過閘船舶的配載提供指導(dǎo)和參考，才能保證船舶過閘和船閘運(yùn)行的安全。1 影響過閘船舶最大吃水確定的主要因素過閘船舶吃水的增加將產(chǎn)生兩大風(fēng)險(xiǎn)：（1）船舶富余水深的減少可導(dǎo)致船舶擦底，危及船舶和船閘的安全；（2）船舶在閘室充水過程中受到水動力作用的增大，危及船舶停泊和船閘設(shè)施安全。因此，在確定允許過閘

3、船舶的最大吃水時(shí)，應(yīng)同時(shí)保證富余水深及滿足閘室停泊條件的要求。1.1 船閘門檻水深在不同的閘室門檻水深條件下，允許通過船舶的吃水有所不同。三峽船閘運(yùn)行過程中，船閘門檻水深和船閘的運(yùn)行方式與上下游水位密切相關(guān)，三峽船閘上下游水位的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，目前已有參數(shù)為三峽船閘上下游水位的門檻水深計(jì)算模型。21.1.1 上游水位自2010年三峽水庫首次蓄水至175m以來，船閘上游水位變化規(guī)律與規(guī)程3要求基本一致。船閘上游水位一般在每年的1月底開始下降，至5月30日前水位升至155m以上，6月1日至10日快速下降至汛限水位145m，6月10日至9月15日為汛期，維持在145m運(yùn)行。汛末提前蓄水，通常每

4、年的9月10日左右起蓄水，并進(jìn)行蓄水過程控制，9月底一般不超過165m，10月底蓄水至最高水位175m以后保持高水位運(yùn)行。1.1.2 下游水位現(xiàn)有通航調(diào)度規(guī)程4規(guī)定，三峽船閘下游水位按枯水期不低于62.5m、汛期不低于63m控制。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，三峽船閘運(yùn)行以來壩下水位沒有低于規(guī)程規(guī)定的記錄。1.1.3 門檻水深計(jì)算由圖1可知，每年大體可分為4個(gè)時(shí)段，分別為：10月17日次年4月8日的174天期間，門檻水深不低于6m；4月9日5月31日的53天內(nèi)，門檻水深為5.125m;6月1日9月30日的122天內(nèi)，門檻水深為5.5m;10月1日10月16日的16天內(nèi)，門檻水深為5.125m。1.2 船舶航行

5、下沉量船舶在深水區(qū)航行時(shí)，與之相對運(yùn)動的水流是從船的兩舷和底部由船首流向船尾的三元水流；當(dāng)船舶駛?cè)霚\水區(qū)時(shí)，由于流入船底的水流受到限制而被推向船舶的左右兩側(cè)，使船底過水?dāng)嗝鏈p小，流速增加，作用于船底的壓力降低，致使船體下沉和產(chǎn)生縱傾。對于深水區(qū)域和淺水區(qū)域的劃分，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但從水深影響船體阻力的相關(guān)研究成果來看，通常水深與吃水之比小于4時(shí)，為淺水區(qū)域。目前，過閘船舶吃水普遍在3m以上，相比于三峽船閘的門檻水深，船舶過閘被認(rèn)為是在限制水域內(nèi)的淺水航行過程，此過程中的船舶航行下沉量不可忽略。1.3 安全富余量安全富余水深除考慮船舶航行下沉量、水位波動影響、縱傾等外，為避免船舶觸底和增加船舶

6、的可操控性，也應(yīng)考慮航道的底質(zhì)特性、運(yùn)營特性、船舶操作特性等因素。針對三峽船閘閘首、閘室底面結(jié)構(gòu)、過閘船舶特性及船舶觸底后果等因素，綜合考慮過閘船舶觸底受損的可能性，觸底安全富余量取值0.3m。若在水動力作用下因安全富余量偏低而危及船舶停泊安全和船閘設(shè)施安全時(shí)，需要在實(shí)船試驗(yàn)的基礎(chǔ)上合理增加安全富余量。2 允許過閘船舶最大吃水的計(jì)算對外公布的允許過閘船舶最大吃水必須有一定的穩(wěn)定性，能有效地維持一段時(shí)間，才能對過閘船舶配載發(fā)揮真正的指導(dǎo)作用。從圖1可以看出，全年三峽船閘門檻水深均不低于5.125m，門檻水深7m的時(shí)間僅為1個(gè)月左右，且分布零散，穩(wěn)定性不強(qiáng)，5.5m和6m的門檻水深持續(xù)時(shí)間相對較長

7、。因此，分別以5.125m、5.5m和6m典型門檻水深為參考，確定允許過閘船舶的最大吃水。2.1 普通船舶允許過閘的吃水2.1.1 計(jì)算參數(shù)的選?。?）航速根據(jù)現(xiàn)有通航管理辦法5等有關(guān)法規(guī)規(guī)定，過閘船舶進(jìn)出閘最大航速為1m/s，在閘室間移泊的航速不得超過0.6m/s。取過閘船舶對岸速度1m/s計(jì)算，按照觀測數(shù)據(jù)，船閘口門處存在約0.3m/s的回流，因此，選取計(jì)算吃水控制標(biāo)準(zhǔn)的速度為1.3m/s。（2）閘室水下橫斷面面積閘室有效尺度穩(wěn)定不變（34m），水下橫斷面面積S為34?H（m2）。（3）船舶中斷面的水下部分面積將H為5.125m、5.5m和6m分別代入公式（3），得出船舶最大下沉量的s值分

8、別為115.4、125.8和139.8m2。2.1.3滿足水動力作用下安全停泊的吃水要求三峽船閘系船柱設(shè)計(jì)縱向系纜力為8t，橫向系纜力為5t（允許的合力值約為9.43t）。實(shí)船測試結(jié)果表明，實(shí)載t以下船舶閘室停泊條件可以滿足設(shè)計(jì)要求，而吃水4.5m的實(shí)載5000t大型船舶系纜力普遍超過10t，超過浮式系船柱的設(shè)計(jì)極限，威脅到船舶停泊及閘室結(jié)構(gòu)的安全，須進(jìn)一步增加安全富余量。因此，水動力作用下安全停泊的吃水要求為當(dāng)船閘門檻水深6m時(shí)，允許過閘船舶的吃水可按4.5m控制，但實(shí)載必須小于t。2.2危險(xiǎn)品船舶允許過閘的吃水要求近年來，危險(xiǎn)品船舶過閘流量快速增加，船舶大型化現(xiàn)象亦日趨顯現(xiàn)。為確保危險(xiǎn)品船舶過閘安全，相關(guān)管理規(guī)定對危險(xiǎn)品船舶過閘提出了特殊要求。吃水控制管理方面，船舶航行長江富余水深規(guī)定（試行）提出了“裝載危險(xiǎn)貨物時(shí)另加0.1m”的要求。因此，為保證過閘安全，按照這一